Характеристика центробежного насоса
Графики зависимостей напора, мощности, КПД, высоты всасывания от подачи называют графическими характеристиками насоса.
Эти характеристики позволяют определить режим и параметры работы насоса в гидравлической системе, том числе и на этапе проектирования. Характеристики насоса позволяют правильно выбрать насос для конкретной гидравлической системы.
Характеристики насоса изменяются при изменении частоты вращения приводящего вала, соответственно для каждой частоты вращения существует свое семейство характеристик насоса.
Напорная характеристика центробежного насоса
В паспортах существующих насосов, как правило, приводятся напорные характеристики, для соответствующей частоты вращения вала насоса. Внешний вид основной характеристики центробежного насоса показан на рисунке.
Как видно по графику характеристики, чем большее сопротивление насос вынужден преодолевать, тем меньшую подачу он может обеспечить. Максимальный напор насос создает при нулевом расходе.
Согласование характеристик насоса и сети
Как уже указывалось ранее, характеристики позволяют определить параметры насоса в конкретной гидравлической сети. Но как эти параметры определить? Для это необходимо построить характеристику сети (совокупности трубопроводов, задвижек, и прочих элементов). Характеристика сети определяется совокупностью гидравлических потерь, при заданном расходе. Строится характеристика сети следующим образом: задаются расходом и рассчитывают потери в сети и ставят точку на графике, затем создаются следующим расходом и строят новую точку, и так далее.
Характеристику сети можно построить и экспериментальным путем, измеряя потери в сети при различных расходах. Построение характеристики сети необходимо для определения положения рабочей точки насоса.
Рабочая точка насоса
Для того, чтобы определить расположение рабочей точки нужно нанести характеристики насоса и сети на один и тот же график. Точка пересечения этих графиков и будет являться рабочей точкой насоса, проецируя ее на оси координат можно определить напор насоса и его подачу при работе в данной трубопроводной системе.
График, на котором показаны характеристики насоса и сети, а также рабочая точка вы можете увидеть на рисунке ниже.
Регулирование работы центробежного насоса
Характеристике насоса и сети соответствует только одна рабочая точка. Как изменить ее положение? Изменить характеристику насоса или сети.
Для изменения характеристики насоса можно изменить:
Схема регулирования перепуском показана на рисунке.
Открывая или закрывая задвижку можно изменять соотношение поступающего в систему и отправляемого на слив расходов.
При дроссельном регулировании задвижка устанавливается в линии нагнетания насоса.
Изменяя проходное сечение задвижки можно изменять положение рабочей точки насоса.
Рабочая точка насоса: что это такое и как определить
При использовании циркулярных насосов и при их подборе для перекачивающих установок стоит учитывать множество параметров – степень давления, скорость перемещения жидкости по трубам, трение, изменение напора, показатели расхода мощности и коэффициента полезного действия. Но это еще не все критерии, которые нужно брать во внимание, не нужно забывать про еще один критерий выбора – рабочая точка насоса. Она отражает корректность работы устройства. Если для специалистов данный параметр воспринимается без вопросов, и они понимают, что это такое, то вот у новичков могут появиться недопонимания, поэтому стоит его рассмотреть подробнее.
Что такое рабочая точка
Рабочая точка является областью пересечения параметров насоса с показателями системы. Она отражает напор и подачу жидкости, которая проходит по трубопроводу. Именно эти критерии необходимо брать во внимание во время монтажа системы в помещении.
Ниже имеется точное объяснение понятия «Рабочая точка»:
Рабочая точка центробежного насоса является пересечением кривой напора H(Q).с параметрами кривой установки HA(Q). Кривая H(Q) взаимосвязана с параметрами насоса, а вот HA(Q) зависит от характеристик установки.
Рабочая точка указывает на показатели производительности (подачи) насоса на определенном напоре. Так как могут эти параметры быть связаны между собой?
Под производительностью понимается уровень объема жидкости, который передается насосной установкой по трубным элементам за единицу времени.
Напор является удельной механической работой, которая передается насосом на жидкость. Зависимость между данными показателями считается гидравлическим критерием насоса.
Определение технических параметров насоса
Технические параметры насосных установок, включая рабочую точку, определяют только при помощи испытаний. Основой является зависимость подачи от напора, они обозначаются латинскими буквами Q-H. А вот расход мощности и КПД – это следствие рабочего процесса устройства, при котором создается подача Q и напор H.
При испытаниях учитывается принцип работы насоса и движение жидкости в системе:
Все объемы энергии, которые вырабатывает жидкость в насосе, поглощается в дроссельной задвижке. При закрытии и открытии задвижки можно регулировать подачу воды с нуля до наибольшего показателя. А вот количество оборотов насоса на протяжении исследования остается в неизменном состоянии.
Как провести расчеты
Чтобы понять, какая нужна производительность, и при каких показателях напора, нужно рассмотреть пример. Наиболее понятно будет, если рассмотреть подбор насосного оборудования для фильтрации в бассейнах. Уровень перепадов высоты монтажа прибора и показателя подачи воды будет составлять два метра.
В первую очередь нужно высчитать показатели производительности. Их нужно подбирать в соответствии с предназначением и объемом резервуара бассейна. На нашем примере производительность насоса Q будет равняться 27 м 3 /час.
После требуется определить напор насоса, а именно показатели потерь в системе. Измерять их стоит в метрах водного столба или в барах (1 бар = 10 метров водного столба).
Для выполнения расчетов можно воспользоваться следующей формулой:
Нобщ = Нтруб. + Нфильтра + Нперепад высот
Для примера можно взять трубопровод с длиной 25 метров.
Показатели потерь напора в трубопроводной системе определяются в соответствии с диаметром трубных элементов. Если скоростные параметры передвижения жидкости по трубам в фильтрационном оборудовании будут меньше или будут два метра в секунду, то показатели потери будут низкими.
Область пересечения необходимой производительности со скоростью сможет отразить подходящие показатели диаметра трубных элементов. При помощи нее можно выявить средний расход потери напора на 100 метров трубы. Если имеется точная длина трубопровода, то можно определить общие потери, которые расходуются при трениях в прямых трубах. Для этого на каждый поворот в 90 градусов нужно прибавить по 10 метров.
Если рассматривать наш пример, то на каждые 100 метров прямой трубы расход будет 5 метров. Но поскольку длина трубопровода составляет 25 метров, то потери в трубных изделиях будут 1,25 метров.
Стоит учитывать, что потери напора связаны с загрязненностью фильтрационной системы. Грязь может оказывать давление внутри. Если фильтр чистый, то в нем уровень давления обычно составляет от 0,5 до 0,7 бар. Из этого следует, что потери будут 5-7 метров.
А в сильно загрязненной фильтрационной системе давление может доходить до 1-1,5 бар. Это приводит к сильному смещению рабочей точки насоса, что может грозить выходом из строя прибора, его поломкой. Чтобы это предотвратить важно регулярно промывать фильтр. Но чтобы высчитать потери при выборе оборудования лучше брать потерю 8 метров.
В результате все значения нужно подставить в форму и выполнить расчеты:
Нобщ = Нтрубы (1,25 м) + Нфильтра (8 м) + Нперпад высот (2 м) = 11,25 метров
Их этого следует, что нужно приобретать насос, который прокачивает 27 м 3 /час при напоре 11-12 метров. Это значит, что стоит приобретать модель, у которой рабочая точка располагается максимально близко к гидравлической кривой.
Все эти расчеты и параметры помогут определить рабочую точку насосного оборудования и подобрать подходящий прибор для перекачки жидкости в трубопроводе. Именно от него зависит правильное функционирование системы, долговечность составляющих элементов. По этой причине нужно предварительно выполнить расчеты и определить приблизительные показатели производительности, напора насоса для конкретного трубопровода.
Характеристики насосов:
Коротко о главном
Рабочая точка – основной параметр, который стоит учитывать при выборе насосов для трубопроводов, скважин. Предварительно стоит рассмотреть модели, выполнить расчеты и выделить среднее значение. При высчитывании необходимо брать во внимание мощность, силу напора, производительность и технические характеристики трубопроводной системы. Соблюдение всех этих требований и рекомендаций поможет подобрать подходящее оборудование.
Выбрать подходящий Вашим параметрам насос можно тут.
А как вы думаете, стоит ли проводить расчет рабочей точки, напора и мощности насоса? Или все же стоит довериться профессионалам, специалисты, которые сами подберут насосное оборудование для трубопровода?
Характеристика насоса: напорная, гидравлическая, рабочая точка.
Для правильной эксплуатации циркуляционных насосов и их подбора при создании различных перекачивающих установок необходимо знать как изменяются основные параметры насосов в различных условиях их работы.
Важно иметь сведения об изменении напора H, расхода мощности N и коэффициента полезного действия (КПД) насоса при изменении его подачи Q. В технике принято характеристики насоса представлять в виде графиков, которые характеризуют взаимное изменение основных параметров насоса в различных условиях работы.
Содержание статьи
Как получить технические характеристики насосов
Основной считается зависимость подачи насоса от его напора, так называемую Q-H характеристику. Расход мощности и КПД являются уже следствием работы насоса по созданию подачи Q и напора H, которые и являются целью приобретения насоса.
Характеристика каждого насоса определяется только путем его испытания. Аналитические способы построения характеристик очень сложны и не дают достаточно надежных результатов.
Технические характеристики насосов получают при проведении испытаний.
При испытании насоса жидкость совершает замкнутый цикл. Забираемая насосом из резервуара, жидкость подается в напорную сеть, состоящую из участка трубопровода с расходомером и дроссельной задвижкой, а потом снова возвращается в резервуар.
При этом вся энергия, получаемая жидкостью в насосе, поглощается преимущественно в дроссельной задвижке. Закрывая и открывая задвижку, можно изменять подачу насоса с нуля от нуля до некоторого максимального значения. Число оборотов насоса в течение одного опыта сохраняется постоянным.
При разных открытиях дроссельной задвижки производят замеры: подачи, напора, рабочее давление нагнетания насоса, давления всасывания, температуры жидкости и мощности, потребляемой насосом.
Гидравлическая характеристика насоса
Гидравлической характеристикой насоса – в зависимости от источника она может быть названа напорной характеристикой насоса – называют зависимость подачи от напора. Перед тем как перейти к описанию и её построению необходимо определиться с основными понятиями.
Основные параметры насоса
Подача q насоса (производительность насоса) – это количество жидкости, которое перекачивает насос в единицу времени. Обозначается буквой Q. Измеряется в кубических метрах в час(м 3 /ч), или литрах в час(л/ч).
Напор насоса – это удельная механическая работа, передаваемая насосом перекачиваемой жидкости. Другими словами напор это высота столба воды на которую насос способен поднять жидкость. Напор насоса обозначается буквой H. Измеряется в метрах водного столба (м).
Мощность – это полное приращение энергии, получаемое всем потоком в насосе в единицу времени. Обозначается буквой N. Измеряется в киловаттах(кВт)
КПД (коэффициент полезного действия) насоса – это отношение полезной мощность к потребляемой насосом. КПД является безразмерной величиной.
Замер подачи большей частью осуществляется мерной дроссельной шайбой или соплом по величине перепада давления до и после прибора; перепад давления измеряется дифференциальным манометром.
По данным замеров подачи, напора и мощности, определяют КПД насоса. В результате получают таблицу значений напора, мощности и КПД для последовательного ряда значений подачи насоса от нуля до некоторого максимального значения.
Опытные значения напора, расхода, мощности и КПД могут быть представлены в виде системы точек. Соединяя точки плавными кривыми, получаем непрерывную зависимость рассматриваемых параметров от подачи насоса при постоянном числе оборотов. Эти кривые являются основными характеристиками насоса при постоянном числе оборотов. Напор насоса обычно имеет большие значения при меньшей подаче и уменьшается с её возрастанием.
Отдельные типы насосов имеют отличные характеристики, например техническая характеристика центробежного насоса представляет собой плавную кривую, а у оборудования объемного типа график выглядит ступенчато.
Холостой ход насоса
Мощность насоса при нулевой подаче имеет некоторое значение N, которое называется мощностью холостого хода. Величина мощности холостого хода зависит от типа насоса, его коэффициента быстроходности. При холостом ходе его полезная мощность равна нулю, и следовательно, КПД также равен нулю.
С возрастанием подачи КПД растет, достигая оптимального значения при режиме, близком к расчетному, а затем начинает падать. Такие характеристики дают достаточно полное представление о свойствах насоса в эксплуатации, если насос снабжен двигателем с постоянным числом оборотов.
Иногда возникает потребность в более сжатом выражении характеристики насоса. Тогда строят одну характеристику Q-H, помечая на ней точки с определенными значениями КПД. Зная для каждой точки характеристики подачу, напор и КПД, легко вычислить мощность.
При изменении частоты вращения, например 60% от номинала или 80% от номинала, характеристика Q-H насоса смещается ниже или выше номинальной.
При испытании и построении характеристики насоса, измеряют не только подачу и напор, но и расход мощности и КПД, которые также наносятся на график.
По составленному графику устанавливается оптимальный режим работы насоса, соответствующий максимальному значению коэффициента полезного действия (КПД) насоса. Затем определяются значения подачи, напора и мощности, соответствующие наиболее выгодным условиям работы насоса. Такой режим работы называется “Рабочей точкой” насоса.
Рабочая характеристика насоса
Рабочая характеристика – это кривая, на которой отражена зависимость между подачей и напором насоса. На рабочей характеристике указывается рабочая точка.
Рабочая точка насоса – это точка на пересечении гидравлической характеристики сети и напорно-расходной (напорной характеристики) характеристики насоса.
Выбирают рабочую точку циркуляционного насоса уже на нисходящей ветки кривой Q-H. Это область устойчивой работы насоса. Восходящая часть кривой Q-H является областью неустойчивой работы, частых срывов подачи.
Мощность насоса при нулевой подаче имеет некоторое значение, которое называется мощность холостого хода. При работе на холостом ходу полезная подача (производительность) насоса равна нулю, а следовательно его КПД так же равен нулю – жидкость не перемещается. С возрастанием подачи КПД растет до своего оптимального значения, а затем начинает падать.
Техническая характеристика центробежного насоса дает достаточно полное представление о свойствах насоса в эксплуатации, его сильных и слабых сторонах, и его работе в трубопроводной сети.
Регулирование работы насоса
Изменение технической характеристики насоса или характеристики системы для обеспечения требуемой подачи называется регулированием насосной установки и осуществляется несколькими способами.
Регулирование воздействием на систему является наиболее распространенным и простым способом. В этом случае регулирование осуществляется задвижкой или вентилем, устанавливаемым обычно в непосредственной близости от насоса на напорном трубопроводе. Такой способ регулирования называется дросселированием.
Дросселирование на всасывающем трубопроводе не рекомендуется из-за опасности возникновения кавитации. Каждому положению задвижки соответствует своя характеристика системы и рабочая точка перемещается от исходного значения подачи к требуемому.
Другим способом регулирования работы насоса является регулирование изменением частоты вращения насоса. Этот способ позволяет свести к минимуму потери, не требует изменения характеристики систему, но предполагает использование привода с регулируемой частотой вращения, либо специальных устройств.
Остальные способы изменения технической характеристики насоса требуют вмешательства в его конструкцию, например возможно:
уменьшить напор применив входной направляющий аппарат
регулировать подачу насоса путем изменения угла установки лопастей рабочего колеса
для многоступенчатого насоса можно воспользоваться изменением числа работающих ступеней.
Видео по теме. Частные характеристики насоса
На практике техническая характеристика насоса может изменяться и комбинированным способом регулирования, например изменением частоты вращения и дросселированием.
Перед выпуском оборудования в эксплуатацию снимают частные характеристики насоса. Одной из таких кривых является кавитационная зависимость. Такой график показывает как изменяется напор насоса с изменением давления на всасе. Частные кавитационные характеристики насоса необходимы для определения минимального подпора на всасе и исключения появления кавитации.
Характеристика сети. Рабочая точка насоса
В любой системе трубопроводов неминуемы потери давления. Они возникают, в основном, вследствие трения жидкости о стенки труб, а также от изменения направления потока в фасонных деталях арматуры. Потери давления зависят от температуры и вязкости перекачиваемой жидкости, скорости потока, диаметра, протяженности трубопроводов, шероховатости стенок труб.
Потери давления в системе трубопроводов можно отобразить на графике в виде характеристики сети HA(Q). Причем для изображения характеристики сети используется такой же график зависимости напора от подачи, как и для характеристики насоса.
При изменении подачи в системе, например, при открытии или прикрытии клапанов, изменяется также скорость потока и, исходя из этого, гидродинамическое сопротивление. Так как сечение труб можно рассматривать как площадь живого сечения потока, то получается, что сопротивление изменяется квадратично. Поэтому график характеристики системы будет иметь форму параболы. Эту зависимость можно представить в виде следующего уравнения:
Рабочая точка
Рабочая точка – это точка пересечения графика характеристики насоса с характеристикой системы трубопроводов. Это означает, что в этой точке полезная мощность насоса равна мощности, которую потребляет трубопроводная сеть, а напор насоса равен сопротивлению системы. От положения рабочей точки также зависит и производительность, которая может быть обеспечена насосом.
При этом необходимо обращать внимание на то, что подача насоса не должна быть ниже определенного минимального значения, установленного производителем. Иначе это может вызвать слишком сильное повышение температуры воды в насосной камере и, как следствие, повреждение оборудования. Во избежание этого необходимо полностью соблюдать инструкции производителя. Рабочая точка за пределами характеристики насоса может вызвать повреждение мотора. 
Смещение рабочей точки при изменении частоты вращения насоса
Понятно, что любые изменения в гидравлической системе, например, потери напора вследствие дросселирования регулирующей арматурой или образования отложений в трубопроводе, сказываются на характеристике системы HA(Q), в результате чего положение рабочей точки изменится. Аналогичным образом изменения параметров насоса вследствие, например, износа рабочего колеса или изменения частоты вращения, вызовут возникновение новой рабочей точки.
Рабочие характеристики насоса H(Q) имеют достаточно высокую точность, так как они определяются производителями оборудования экспериментальным путем. Характеристика же системы HA(Q) имеет достаточно приблизительный вид, так как гидравлическое сопротивление трубопроводной системы точно неизвестно и выводится только с помощью расчетов. Необходимо учитывать все нюансы, так как если характеристика системы будет рассчитана неверно, то насос, установленный в нее, не сможет обеспечить требуемые параметры напора и подачи.
Нахождение оптимальной расчетной рабочей точки в соответствии с максимальными эксплуатационными требованиями является одной из основных задач при проектировании трубопроводных систем. Такими требованиями для циркуляционных насосов систем отопления является теплопотребление здания, для установок повышения давления – пиковый расход для всех точек водоразбора. Определившись с расчетной рабочей точкой, подбирают циркуляционный насос с наиболее близкой характеристикой. Так как найти насос точно под конкретную систему практически невозможно, то выбирают модель «с запасом». Все остальные рабочие точки будут находится в левой стороне от данной расчетной рабочей точки.
Влияние изменения гидродинамического сопротивления на смещение рабочей точки показано на следующих рисунках. Видно, что при смещении рабочей точки влево от расчетной вызовет увеличение напора насоса, в результате чего может возникнуть шум в клапанах. 
Смещение рабочей точки вследствие дросселирования
В настоящее время циркуляционные насосы комплектуются частотным преобразователем, которые позволяют осуществлять регулирование напора и подачи насоса в зависимости от потребности. Насосы со встроенным частотным преобразователем стоят дороже обычных, но данная опция позволяет существенно снизить энергопотребление и эксплуатационные расходы, а также увеличить срок службы.